DE4104513C2 - Adsorber - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Adsorber aus adsorbierendem Material, das elektrisch leitfähig ist und mittels elektrischem Strom auf eine Temperatur erwärmt werden kann, bei der das adsorbierte Material ausgetrieben, d. h. desor biert wird.The invention relates to a Adsorber made of adsorbent material that is electrically conductive and by means of electrical Electricity warmed to a temperature can be at which expels the adsorbed material, d. H. desor beers.
Adsorber haben in den letzten Jahren zunehmend Anwen dung u. a. bei der Entfernung von Schadstoffen aus Was ser oder Luft gefunden. Beispielsweise können chlorier te Kohlenwasserstoffe (CKW) auch in geringen Konzentra tionen aus Fluidströmen, wie Gas- oder Wasserströmen, mittels Adsorbern entfernt werden. Eine typische Anwen dung ist dabei die Altlastsanierung CKW-kontaminierter Böden durch Absaugen mit integrierter Adsorption der Schadstoffe. Als Adsorbens findet dabei häufig Aktiv kohle Verwendung.Adsorbers have become increasingly popular in recent years dung u. a. in removing pollutants from what water or air found. For example, chlorination hydrocarbons (CHC) even in low concentrations ions from fluid flows, such as gas or water flows, be removed by means of adsorbers. A typical application The contaminated site remediation is contaminated with CHC Soil by suction with integrated adsorption Pollutants. Active is often found as the adsorbent coal use.
Da die Adsorptionsfähigkeit aufgrund der "Besetzung" der Adsorberplätze nach einiger Zeit nachläßt, ist es erfor derlich, das adsorbierende Material durch Austreiben des adsorbierten Materials zu regenerieren. Diese Regeneration bereitet jedoch häufig Probleme:Since the adsorption capacity due to the "occupation" the adsorber places wears off after some time, it is needed the adsorbent material by expulsion regenerate the adsorbed material. These However, regeneration often causes problems:
Gegenwärtig wird am häufigsten das sogenannte Verdrän gungsverfahren mittels Wasserdampf verwendet; bei die sem Verfahren gelingt die Regeneration beispielsweise von Aktivkohle nur partiell, so daß das adsorbierende Material nach mehreren Regenerationszyklen in seiner Leistungsfähigkeit soweit nachgelassen hat, daß es mit großem Aufwand entsorgt werden muß.At the moment the most common is the so-called displacement steaming method used; at the The regeneration process is successful, for example of activated carbon only partially, so that the adsorbing Material after several regeneration cycles in its Efficiency has waned so far that with great effort must be disposed of.
W. Kast schlägt deshalb in seinem Buch "Adsorption aus der Gasphase" (Verlag VCH Weinheim, 1988) die thermi sche Regeneration bzw. die Kombination thermischer Regeneration und des Verdrängungsverfahrens vor. Zur Durchführung dieses Regenerationsverfahrens muß die Aktivkohle jedoch über einem Wärmetauscher erhitzt werden. Dies bedeutet in den meisten Fällen, daß die Aktivkohle vor der Regeneration aus der Adsorptionsvor richtung entfernt werden muß, da wegen ihres schlechten Wärmeübergangs ein Beheizen der Adsorbersäule von außen unwirtschaftlich ist. W. Kast therefore disclaims in his book "Adsorption der Gasphase "(Verlag VCH Weinheim, 1988) the thermi cal regeneration or the combination of thermal Regeneration and the displacement process. For The implementation of this regeneration process must Activated carbon, however, is heated over a heat exchanger will. In most cases, this means that the Activated carbon before regeneration from the adsorption process direction must be removed because of its bad Heat transfer heating the adsorber column from the outside is uneconomical.
Ferner sind aus der DE 29 53 672 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration von Aktivkohle be kannt, bei dem durch eine pulsierende Spannung ein Lichtbogen erzeugt wird, der den adsorbierten Stoff freisetzt. Die Verwendung von Lichtbögen führt jedoch zu einem starken Abbrand und damit zu einem schnellen Verbrauch bzw. Verschleiß des Adsorbers.Furthermore, DE 29 53 672 A1 describes a method and a device for the regeneration of activated carbon be knows, by a pulsating voltage Arc is generated by the adsorbed substance releases. However, the use of arcs leads to a strong burn and thus to a quick one Consumption or wear of the adsorber.
Weiterhin ist aus der US-PS 42 61 857 ein Verfahren bekannt, bei dem verbrauchte Aktivkohle in einen luft dicht verschlossenen Ofen mit mehreren in vertikaler Richtung in Abständen angebrachten Elektroden einge füllt wird. Über die Elektroden wird ein elektrischer Strom geleitet, der die Aktivkohle erhitzt, so daß die adsorbierten Stoffe freigesetzt werden.Furthermore, a method is known from US Pat. No. 4,261,857 Known in the spent activated carbon in air tightly sealed furnace with several in vertical Electrodes inserted at intervals is filled. An electrical one is placed over the electrodes Current passed, which heats the activated carbon, so that the adsorbed substances are released.
Bei diesem und auch bei dem aus der US-PS 42 61 857 bekannten Verfahren muß die Aktivkohle in "Partikel form" vorliegen. Die Verwendung pulver- bzw. granulat förmiger Aktivkohle hat jedoch den Nachteil, daß sowohl der elektrische als auch der Wärmeleitungs-Widerstand hoch ist, so daß die Regenerations-Effizienz gering ist. Zudem bilden sich bei der elektrischen Beheizung von partikelförmiger, wirbelfähiger Aktivkohle wegen der ungleichmäßigen Schüttung Wärmenester aus, die bei der anschließenden Wiederverwendung als Adsorbens zur Selbstzündung führen können.In this and also in that from US-PS 42 61 857 In known processes, the activated carbon must be divided into "particles form ". The use of powder or granules shaped activated carbon has the disadvantage that both the electrical as well as the heat conduction resistance is high, so the regeneration efficiency is low is. In addition, electrical heating is formed of particulate, swirlable activated carbon because of the uneven fill of heat pockets, which at the subsequent reuse as an adsorbent Ignition can lead.
Darüberhinaus ist es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen eine elektrische Beheizung der Aktivkohle erfolgt, erforderlich, zur Regeneration die Aktivkohle aus der eigentlichen Adsorptions-Vorrichtung zu entnehmen. In addition, it is in the known methods and Devices in which electrical heating of the Activated carbon is required for regeneration Activated carbon from the actual adsorption device refer to.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adsorber anzugeben, bei dem das zu regenerierende Material zur Regeneration nicht aus der Adsorptionsvorrichtung entfernt werden muß und der eine hohe Regenerations- Effizienz aufweist, ohne daß sich Wärmenester etc. bilden können.The invention has for its object an adsorber specify where the material to be regenerated for Regeneration not from the adsorption device must be removed and which has a high regeneration Efficiency without heat pockets etc. can form.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.An inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. Developments of the invention are Subject of the dependent claims.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Adsorber ausgegangen wird, bei dem das adsorbierende Material (Aktivkohle) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das adsorbierte Material ausgetrieben, d. h. desorbiert wird.This object is achieved in that an adsorber is assumed, in which the adsorbent material (activated carbon) to a temperature is heated, in which the adsorbed material expelled, d. H. is desorbed.
Erfindungsgemäß wird als adsorbierendes Material ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, bei dem die Aktivkohle dadurch gleichmäßig elektrisch leitfähig gemacht wird, daß sie beispielsweise als Rohr gepreßt und gesintert ist, wobei bei entsprechender Präparierung eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten wird. Zur Erwärmung des elektrisch leitfähigen adsorbierenden Materials wird dieses durch Stromdurchgang erwärmt, so daß das adsorbierte Material ausgetrieben wird.According to the invention, an adsorbing material is used used electrically conductive material in which the Activated carbon is therefore evenly electrically conductive is made that it is pressed, for example, as a tube and is sintered, with appropriate preparation maintain sufficient electrical conductivity becomes. For heating the electrically conductive adsorbent material is through this Current passage heated so that the adsorbed material is driven out.
Die Erwärmung kann dabei durch direkten Stromdurchgang (Anspruch 2) erfolgen. Hierzu werden geeignete Elektroden vorgesehen, an die eine Gleich- oder Wechselspannung angelegt wird. The heating can be done by direct current passage (Claim 2) take place. Suitable electrodes are used for this provided to which a DC or AC voltage is created.
Weiterhin ist es auch möglich, das elektrisch leitende adsorbierende Material induktiv mit einer bekannten Induktions-Heizvorrichtung zu erwärmen (Anspruch 3).Furthermore, it is also possible to use the electrically conductive adsorbent material inductively with a known To heat induction heating device (claim 3).
Darüberhinaus ist es aber auch möglich, anstelle oder zusätzlich zur Erwärmung durch Stromdurchgang die Er wärmung des adsorbierenden Materials durch eine Mikro wellenheizung auszuführen, durch die das Material eben falls im gesamten Volumen gleichmäßig erwärmt wird (Anspruch 4).In addition, it is also possible instead of or in addition to heating due to electrical continuity, the Er heating of the adsorbent material by a micro shaft heating through which the material just if the entire volume is heated evenly (Claim 4).
In jedem Falle kann die Regeneration des adsorbierenden Materials sowohl in der eigentlichen Adsorptionsvor richtung als auch außerhalb der Adsorptionsvorrichtung erfolgen. Bei einer (in der Regel bevorzugten) Regene ration des adsorbierenden Materials in der Adsorptions vorrichtung ist selbstverständlich sicherzustellen, daß die desorbierten Schadstoffe in geeigneter Weise aufge fangen werden.In any case, the regeneration of the adsorbent Materials both in the actual adsorption pre direction as well as outside the adsorption device respectively. With a (usually preferred) rain ration of the adsorbent material in the adsorption of course, the device must ensure that the desorbed pollutants in a suitable manner will catch.
Der erfindungsgemäße Adsorber, bei dem eine Erwärmung des adsorbierenden Materials durch Stromdurchgang und/oder Mikrowellenheizung erfolgt, kann unabhängig von der Zustandsform des Adsorbens angewendet werden: so ist es möglich, als Adsorbens Hohlfasern bzw. hohle Säulen, durch die das mit Schadstoffen beladene Medium strömt, oder mattenförmige Gebilde zu verwenden.The adsorber according to the invention, in which heating of the adsorbent material through current passage and / or Microwave heating can be done independently the state of the adsorbent can be applied: see above it is possible to use hollow fibers or hollow fibers as the adsorbent Pillars through which the medium loaded with pollutants flows, or to use mat-shaped structures.
Im Falle der Verwendung von Aktivkohle als adsorbieren des Material kann die Aktivkohle in der gewünschten geometrischen Form leicht durch Verkoken von entspre chenden Gebilden hergestellt werden. Als Ausgangsmate rial können z. B. Preßlinge aus Kohle, extrudiertes Pech oder beliebige Polymere wie Nylon, Polyamide, Zellulose etc. verwendet werden, die in der gewünschten Form vorliegen und die unter Luftabschluß auf die Verko kungstemperatur erwärmt werden. Bei Erreichen eines bestimmten Verkokungsgrades ergibt sich eine elektri sche Leitfähigkeit, die ein ausreichendes Aufheizen von Adsorbern mit üblichen Spannungen erlaubt.In case of using activated carbon as adsorb of the material can be activated carbon in the desired geometric shape easily by coking by correspond corresponding structures are produced. As starting material rial can z. B. Coals, extruded pitch or any polymers such as nylon, polyamides, cellulose etc. can be used in the desired form are present and the air sealed on the Verko heating temperature. When you reach one certain degree of coking results in an electri cal conductivity, which is sufficient heating of Adsorbers with usual voltages allowed.
In jedem Falle ist es jedoch von Vorteil, wenn die während der Regenerationsphase desorbierten Schadstoffe durch einen Trägergasstrom ausgetragen werden. Der Trägergasstrom kann beispielsweise ein Inertgas oder Wasserdampf sein. Bei der Verwendung von Wasserdampf als Trägergas werden einer seits die thermische Regeneration und die Verdrän gungsregeneration miteinander kombiniert und anderer seits die Schadstoffe durch Kondensation besonders einfach abgeschieden. Durch die direkte Heizung wird jedoch die Bildung von Wasserdampfkondensat in dem Poren des adsorbierenden Materials verhindert, die bei den bekannten Verdrängungs-Regenerationsverfahren die Diffusion der desorbierenden Schadstoffmoleküle behin dert, und so die Regeneration nach wenigen Zyklen zum Erliegen bringt.In any case, it is advantageous if the Pollutants desorbed during the regeneration phase be carried out by a carrier gas stream. Of the Carrier gas flow can be, for example, an inert gas or be water vapor. In the Use of water vapor as a carrier gas will be one on the one hand thermal regeneration and displacement regeneration combined with each other and others on the one hand, the pollutants through condensation in particular just deposited. Because of the direct heating however, the formation of water vapor condensate in the Prevents pores of the adsorbent material which the known displacement regeneration process Diffusion of the desorbing pollutant molecules changes, and so the regeneration after a few cycles Brings to a standstill.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:The invention is described below with reference described in more detail on the drawing, in which:
Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Figs. 1 to 4 different embodiments of the invention.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen Adsorber-Vorrichtungen, die erfindungsgemäß derart gestaltet sind, daß sie eine "in-situ" Regeneration des adsorbierenden Materials ermöglichen. Hierzu liegt das adsorbierende Material in Form hohler Rohre 2 vor, die z. B. durch einen Preß- oder Sintervorgang hergestellt worden sind. Figs. 1 to 4 show adsorber devices according to the invention designed so that they allow for "in-situ" regeneration of the adsorbent material. For this purpose, the adsorbent material is in the form of hollow tubes 2 which, for. B. have been produced by a pressing or sintering process.
Um eine Erwärmung des adsorbierenden Materials bei spielsweise durch direkten Stromdurchgang zu ermögli chen, sind bei den gezeigten Ausführungsbeispielen geeignete Elektroden 1′ und 1′′ vorgesehen, an die eine Gleich- oder Wechselspannung angelegt wird. Weiterhin ist es auch möglich, das elektrisch leitende adsorbie rende Material 2 induktiv mit einer bekannten Induk tions-Heizvorrichtung zu erwärmen.In order to enable heating of the adsorbing material in example by direct current passage, suitable electrodes 1 'and 1 ''are provided in the exemplary embodiments shown, to which a direct or alternating voltage is applied. Furthermore, it is also possible to heat the electrically conductive adsorbing material 2 inductively with a known induction heating device.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrich tung, bei der Rohre 2 als adsorbierendes Material ver wendet werden, während Fig. 2 eine Möglichkeit der Kontaktierung der Rohre 2 durch die Elektroden 1′ und 1′′ zeigt: Durch die Beaufschlagung der Elektrode 1′′ mittels einer Feder 3 in Richtung auf die Rohre 2 ergibt sich ein besonders geringer Kontaktwiderstand. Fig. 1 shows the basic structure of a Vorrich device, in which tubes 2 are used as an adsorbent material, while Fig. 2 shows a possibility of contacting the tubes 2 through the electrodes 1 ' and 1'' shows: By applying the electrode. 1 '' By means of a spring 3 in the direction of the tubes 2 , there is a particularly low contact resistance.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das ad sorbierende Material in Form von Aktivkohle-Kapillaren (Hohlfasern) 2′ vorliegt, in die beispielsweise lösungsmittelbela dene Luft eintritt, die dann als lösungsmittelfreie Luft austritt. Die Kapillaren 2′ sind mittels eines leitfähigen Klebers 4 mit einem aus Al, Cu oder VA bestehenden Metallring 5 verbunden, der als Elektrode dient. Fig. 3 shows an embodiment in which the ad sorbing material is in the form of activated carbon capillaries (hollow fibers) 2 ', in which, for example, solvent-laden air enters, which then exits as solvent-free air. The capillaries 2 'are connected by means of a conductive adhesive 4 with a metal ring 5 consisting of Al, Cu or VA, which serves as an electrode.
In jedem Falle kann die Regeneration des adsorbierenden Materials 2 sowohl in der eigentlichen Adsorptionsvor richtung als auch außerhalb der Adsorptionsvorrichtung erfolgen. Bei einer Regeneration des adsorbierenden Materials in der Adsorptionsvorrichtung ist selbstver ständlich sicherzustellen, daß die desorbierten Schad stoffe in geeigneter Weise aufgefangen werden.In any case, the regeneration of the adsorbent material 2 can take place both in the actual Adsorptionsvor direction and outside of the adsorption device. When the adsorbing material is regenerated in the adsorption device, it must of course be ensured that the desorbed pollutants are collected in a suitable manner.
Dies kann unmittelbar durch Anlegen eines Vakuums mit anschließender Kühlfalle gemäß Fig. 4 erfolgen.This can be done directly by applying a vacuum with a subsequent cold trap according to FIG. 4.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele können leicht bei spielsweise dadurch hergestellt werden, daß ein in der gewünschten geometrischen Form vorliegendes Material verkokt wird. Als Ausgangsmaterial können z. B. Preßlin ge aus Kohle, extrudiertes Pech oder beliebige Polymere wie Nylon, Polyamide, Zellulose etc. verwendet werden, die in der gewünschten Form vorliegen und die unter Luftabschluß auf die Verkokungstemperatur erwärmt werden. Bei Erreichen eines bestimmten Verkokungsgrades ergibt sich eine elektrische Leitfähigkeit, die ein ausreichendes Aufheizen von Adsorbern mit üblichen Spannungen erlaubt.The embodiments shown can easily can be produced, for example, in that a desired geometrical form present material is coked. As a starting material z. B. Presslin ge from coal, extruded pitch or any polymers such as Nylon, polyamides, cellulose etc. can be used are in the desired form and the under Excluded air heated to the coking temperature will. When a certain degree of coking is reached there is an electrical conductivity that a sufficient heating of adsorbers with usual Tensions allowed.
Unter Umständen ist es von Vorteil, wenn die während der Regenerationsphase desorbierten Schadstoffe durch einen Trägergasstrom ausgetragen werden. Der Trägergasstrom kann beispielsweise ein Inertgas oder Wasserdampf sein. Bei der Verwendung von Wasserdampf als Trägergas werden einerseits die thermische Regeneration und die Verdrängungsregeneration miteinander kombiniert und andererseits die Schadstoffe durch Kondensation besonders einfach abgeschieden. Durch die direkte Heizung wird jedoch die Bildung von Wasserdampfkondensat in den Poren des adsorbierenden Materials verhindert, die bei den bekannten Verdrängungs-Regenerationsverfah ren die Diffusion der desorbierenden Schadstoffmoleküle behindert, und so die Regeneration nach wenigen Zyklen zum Erliegen bringt.It may be advantageous if the Regeneration phase desorbed pollutants by a Carrier gas stream are discharged. The carrier gas flow can be, for example, an inert gas or water vapor. When using water vapor as a carrier gas on the one hand thermal regeneration and Displacement regeneration combined and on the other hand, the pollutants from condensation deposited particularly easily. By direct However, heating will result in the formation of water vapor condensate prevents in the pores of the adsorbent material, that in the known displacement regeneration process ren the diffusion of the desorbing pollutant molecules hindered, and so the regeneration after a few cycles brings to a standstill.
Claims (4)
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